A Imagem (Parte I) Universidade Salgado de Oliveira - UNIVERSO Campus BH Curso de Análise de...

A ImagemA Imagem(Parte I)(Parte I)

Universidade Salgado de Oliveira - UNIVERSOUniversidade Salgado de Oliveira - UNIVERSO

Campus BHCampus BH

Curso de Análise de Sistemas (Sistemas de Informação)Curso de Análise de Sistemas (Sistemas de Informação)

Ferramentas de Ferramentas de Multimídia e InternetMultimídia e Internet

Material adaptado da Prof.Material adaptado da Prof.aa Joseana Macêdo Fechine Joseana Macêdo Fechine

Tratamento e análise de imagens.

Processamento de Imagens manipulação e exibição de imagens prontas, envolve processos de tratamento da imagem e

processos que permitam a interface entre dispositivos de entrada e saída gráfica e o arquivo de imagem.

não possui como fim a geração de uma imagem a partir de dados, mas a manipulação de uma imagem previamente gerada e até possivelmente a extração de informações a partir desta imagem.

Representação Digital de Imagens

Aplicações: Tratamento e melhoria de imagens

Medicina, Controle de Qualidade, Biologia, Sistemas de Monitoração e Controle (segurança), Geologia, Sensoriamento Remoto (imagens de satélites), Metereologia, etc.

Reconhecimento e classificação de objetos presentes em uma imagem

Sistemas de segurança (impressões digitais), interpretação automática de textos, visão artificial, robótica, exploração automatizada (sistemas anti-bombas, exploração submarina, mísseis teleguiados), etc.


Imagem composta por um conjunto de pontos, denominados "Pixels" (Picture Elements) ou "Dots".

“Pixels" dispostos na tela do computador formando uma matriz de pontos que é denominada de "Bit-Map" ou "Mapa de Bits".

Mapa de bits reticulado - cada elemento da matriz possui uma informação referente à cor associada aquele ponto específico.

“Resolução" da imagem número de elementos que a imagem possui na horizontal e na vertical.


Imagem matriz de pontos ou pixels, com resolução horizontal (eixo X) e vertical (eixo Y), para cada ponto da matriz tem-se uma cor associada (obtida de forma direta ou através de uma tabela de acesso indireto - "tabela de palette“).

Fonte: Casacurta, A., Osório, F., Figueroa, F. e Musse, S. R., Computação Gráfica – Introdução.


Resolução espacial da visão – mede quantos pontos (pixels) diferentes o olho pode distinguir em uma imagem.

Campo visual humano – matriz de 3.000 x 3.000 pixels. Televisão comum 512 x 480 pixels (NTSC - National

Televison Standards Committee ou PAL-M: variação do padrão PAL - Phase Alternate Lines).

Televisão de alta definição (HDTV) 2.000 x 1.100 pixels Computadores PC resolução determinada pelo modo

gráfico escolhido – dentro do limite estabelecido, valores comuns: 640 x 480, 800 x 600 e 1024 x 768.

Razão de aspecto do monitor: 4/3 – computadores e televisão comum e 2 (aproximadamente) para cinema e HDTV.


Princípio de funcionamento do aparelho de TV, através do tubo de imagem (CRT).


Quantidade de bits requerida por um pixel depende principalmente da representação adotada para as cores.

Visão humana Espectro visível: 400nm (violeta) a 700nm (vermelho); Picos de maior sensibilidade do olho humano –

aproximadamente ao verde (principal), ao vermelho (um pouco menor) e ao azul (bem menor).

Percepção das cores combinação linear – cada cor é expressa como soma ponderada das cores básicas.


Espectro de energia eletromagnética

Fonte:GONZALEZ, R. C. e WOODS, R., Processamento de Imagens Digitais, Editora Edgard Blücher, Ltda, 2000.


Alguns tipos de ondas eletromagnéticas e seus respectivos comprimentos de onda.


"COR" "tri-stimulus theory“

Ser humano sistema visual - três tipos de sensores capazes de identificar três faixas diferentes de "espectros de energia".

As faixas correspondem às tonalidades de Vermelho (Red) – 700nm, Verde (Green) – 546,1nm e Azul (Blue) – 435,8nm.

O ser humano vê na realidade a combinação resultante da mistura destas três cores básicas.


Sistema de cores utilizado nos computadores Usualmente o sistema RGB (Red-Green-Blue) –

sistema aditivo controla a intensidade da geração das três cores básicas- primárias aditivas.

Definição de cor no computador especifica-se a intensidade (valor associado) aos emissores R, G e B.

Sistema aditivo – fontes emissoras de luz.

Sistema subtrativo – utilizadas tintas, os pigmentos absorvem determinadas cores e refletem outras.


Sistema RGB

intensidade zero nas três componentes.

componentes estão presentes com a sua intensidade máxima.

Decomposição em RGB

Sistema subtrativo (CMY - Cyan, Magenta e Yellow) cores fundamentais - ciano, magenta, amarelo; Complementar ao RGB (inverso) ; funciona por combinação subtrativa: mistura de

pigmentos; é usada a variante CMYK (cyan-magenta-yellow-black)

devido à dificuldade de obter pigmentos com alta pureza de cor.

Pode ser representado também por um cubo – vértices são simétricos em relação ao cubo RGB

origem: branco e o vértice (1, 1, 1): preto. utilização - impressão, fotografia.


Cores Primárias e Secundárias da Luz e de Pigmentos

Fonte:GONZALEZ, R. C. e WOODS, R., Processamento de Imagens Digitais, Editora Edgard Blücher, Ltda, 2000.

Disco de cores - modelo RGB.

Existem apenas os sistemas RGB e CMY como formas de representação de cores?


Existem outros sistemas que procuram se adaptar melhor a uma determinada aplicação ou função.

Exemplos: YIQ – Y(luminância), I e Q (componentes cromáticos em-fase e

quadratura) HSI (Hue Saturation Intensity) – Matiz, Saturação e Intensidade HSV (Hue Saturation Value) – Matiz, Saturação e Valor HLS (Hue Lightness Saturation) - Matiz, Luminância, Saturação

Manipulação de Imagens coloridasorientado ao usuário


Intensidade ou luminância medida da energia luminosa; preto representa a ausência de energia (intensidade

nula); Parâmetro da cor ao qual o olho é mais sensível; Sistemas “monocromáticos” trabalham com a

informação de luminância; Codificação - 8 bits.


Matiz Medida do comprimento de onda dominante (mede

a freqüência dominante da vibração luminosa); Mede a qualidade que distingue o azul do verde,

do vermelho, etc; Codificação – cerca de 4 bits.


Saturação Medida da pureza da cor; Branco (mistura perfeita das cores) representa a

impureza da cor (saturação zero); Para outras cores, a saturação pode ser entendida

como a quantidade de branco presente; Tons muito saturados são “brilhantes”; Tons pouco saturados são “pastel”; Codificação – cerca de 4 bits.


Modelo YIQ

Usado na transmissão comercial de TV colorida; Projetado para tirar vantagem do sistema da maior

sensibilidade da visão humana a mudanças na luminância do que nas mudanças de matiz e saturação;

Representação de Y - Banda mais larga; Representação de I e Q – banda mais estreita. Luminância e informação de cores desacopladas.


Modelo HSI

Componente de intensidade (I) desacoplado da informação de cor;

Os componentes de matiz e saturação são intimamente relacionados à percepção humana de cores;

Ideal para desenvolvimento de algoritmos baseados em propriedades do sistema visual humano.


Modelo HLS

usado para especificação de cor por usuários humanos;

a intensidade ou luminância - medida da energia luminosa;

o matiz - medida do comprimento de onda dominante;

a saturação - medida da pureza da cor; o preto representa a ausência de energia (baixa

luminância); o branco representa a impureza da cor (baixa

saturação).


O Modelo HLS de Cores


Caixa de seleção de cores baseada nos modelos HLS e RGB:


Decomposição em HLS

A Gama do sistema conjunto de cores que pode ser produzido a partir de determinadas primárias.

saturação das primárias gama

Gama dos monitores profissionais > gama da TV;Gama da fotografia > gama dos monitores;Gama dos monitores > gama de várias técnicas de

impressão.


Codificação das cores

canal de cor - cada cor primária usada para representar uma dada cor;

amostragem de cores - a intensidade de cada primária é codificada no valor de um canal;

quantização das cores - número de bits por canal, comumente: 1 a 8. em sistemas de cor verdadeira, o valor do pixel é a

combinação dos valores dos canais; em sistemas de paleta, o valor do pixel é um índice na

tabela de cores; o canal alfa: pode ser usado para representar a

transparência de um pixel.

Codificação das Cores

Quantização de cores

Reduzir o espaço de cores de uma imagem. Seleção de um subconjunto das cores originais para

aproximar estas cores. Problema de otimização, ou seja, qual o melhor

subconjunto (depende da aplicação) ?


Quantização das cores

8 bits para codificação de cada primária (olho humano - 256 níveis de luminância);

Sistema de 3 primárias 24 bits/pixel Sistema de cor verdadeira Reproduz cerca de 16 milhões de cores.

Alternativa mais barata (redundância de cores em sistemas de 24 bits): 5 bits/cor 15 bits 32.768 cores codificação não simétrica - sacrificar o azul na

codificação.


Sistema de Cor Verdadeira


Paletas

Usada quando a capacidade de reprodução de cores do sistema é < a dos sistemas de cor verdadeira;

O conteúdo do pixel é enviado como índice para uma tabela armazenada em uma memória especial (não é enviado diretamente ao monitor);

Da tabela é retirado o valor para o monitor - Paleta (palette) ou tabela de cores (color look-up table);

profundidade (tamanho em bits) do pixel memória para armazenamento da imagem.


Sistema de Paleta


Paletas

Número de cores exibíveis: Determinada pela profundidade do pixel Modos VGA e SuperVGA (8 bits) - 256 cores

simultâneas.

Imagens em sistemas de 8 bits normalmente não são realistas. troca-se resolução espacial por resolução de cores; representação de cada ponto da imagem por um grupo

de pixels vizinhos (dithering).


TIFF(simulação em JPEG de alta qualidade)

GIF sem dithering

(Tamanho: 02 Kb)

GIF com dithering

Tamanho: 08 Kb


Sistemas de 15 bits acomodados em pixels de 16 bits; bit extra usado para codificar a transparência da imagem; cada pixel será transparente ou opaco.

Sistemas de 24 bits utilizando-se pixels de 32 bits, sobra um canal alfa (8 bits).

Canal alfa permite especificar 256 gradações de transparências; efeitos utilizados em processamento de vídeo.

Codificação das Transparências

Relação entre cores e bits/pixel: sistemas de 4 e 8 bits usam paleta; sistemas de 15 e 24 bits são de cor verdadeira; sistemas de 16 bits permitem 1 bit de canal alfa ou

1 bit a mais em um dos canais; sistemas de 32 bits permitem 8 bits de canal alfa.

Dispositivos Gráficos

Exemplos de dispositivos de cópia permanente: traçadores de gráficos; impressoras; registradores de filme; gravadores de vídeo.

Exemplos de dispositivos interativos: tubos de raios catódicos; matrizes de diodos eletroluminescentes (LEDs); matrizes de dispositivos de cristal líquido

(LCDs); painéis de plasma.


Arquitetura de Sistemas Gráficos


Dispositivos de varredura: a imagem é gerada por varredura seqüencial

da memória de imagem e do monitor; quadro (“frame’’) - imagem gerada em um

ciclo de refresh; cintilação - piscar que ocorre quando a taxa

de refresh é insuficiente. quadros são separados pelo retraço vertical

e divididos em linhas; linhas são separadas pelo retraço

horizontal e divididas em pixels.


Tipos de varredura: progressiva - linhas são lidas em ordem

crescente, como na maioria dos monitores; entrelaçada - o quadro é dividido em dois

campos (linhas pares e linhas ímpares), como na TV.


Parâmetros de varredura: freqüência (de varredura) vertical = número de

quadros por segundo; freqüência (de varredura) horizontal = número

de linhas por segundo; faixa de passagem = número de pixels por

segundo/2.

Freqüências Típicas de Monitores


Parâmetros espaciais: a especificação de tamanho refere-se à diagonal

principal; razão de aspecto normal dos monitores: 4/3; razão de aspecto do pixel = razão de aspecto do

monitor (resolução vertical/resolução horizontal).

Relação entre memória, resoluções e cores:


Dispositivos de entrada gráfica

Bidimensionais Tridimensionais


Scanner de Toque com Braço Mecânico

Scanner 3D a Laser

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